Desafios e perspectivas para a vinculação dos data verticais oceânicos a um referencial geodésico global

Abstract

Resumo: A Geodésia é uma Ciência que se dedica à medição e modelagem do planeta Terra, bem como as suas variações ao longo do tempo, desempenhando um papel crucial na solução dos desafios enfrentados pela sociedade. Isso inclui a detecção e compreensão das mudanças, a gestão dos riscos naturais, bem como a conservação da biodiversidade e dos ecossistemas. Especificamente nas zonas costeiras, surgem desafios relacionados aos diferentes referenciais verticais em ambientes costeiros, o que dificulta a unificação e integração dos referenciais terrestres e oceânicos. No Brasil, assim como em outros países, a falta de organização dos dados geodésicos e a escassez de investimentos para o gerenciamento costeiro tornam ainda mais difícil a integração desses referenciais. Diante desse contexto, o presente estudo teve como propósito investigar os desafios e perspectivas para vincular os níveis de referência oceânicos a um referencial geodésico global em zonas costeiras no Brasil. Os resultados englobam a realização de inventários de dados geodésicos e maregráficos, a análise dos vínculos entre as estações geodésicas e maregráficas, bem como o estudo da adequação dos modelos globais de superfície média do mar em relação aos níveis de referência das estações maregráficas. Além disso, foi possível proporcionar uma vinculação desses níveis a um referencial geocêntrico. No contexto da adequação dos modelos de superfície média do mar, a análise mostrou uma certa complexidade no comportamento dos modelos na costa brasileira. A região norte do país, nem mesmo possui dados disponíveis para alguns dos modelos analisados e muitas vezes apresentou diferenças superiores a outras regiões. O RMSE da comparação entre as observações locais e dos modelos incluindo a região norte variou de 0,163 m (SDUST2020) a 0,617 m (CLS22) e sem a região norte a variação foi de 0,131 m (DTU18) a 0,204 m (CLS15). Em termos de amplitude das diferenças, o DTU18 apresenta os melhores resultados para três estações maregráficas (Macaé, Salvador e Fortaleza) e os modelos CLS22, DTU15, SDUST2020 e DTU21 apresentaram os melhores resultados para uma estação maregráfica cada (Imbituba, Arraial do Cabo, Belém e Santana, respectivamente). Com relação a vinculação, esta foi realizada para cinco estações maregráficas localizadas na região sul do país, em duas delas (60246 e 60225) foi possível calcular duas soluções, pois a elas estão vinculadas duas estações geodésicas. Com isso, foi observado para a estação maregráfica 60246 uma diferença aproximada entre as duas soluções de 0,08 m e para a estação maregráfica 60225 a diferença aproximada é de 0,24 cm. A discrepância indica a necessidade de realizar novos levantamentos e processamentos dos dados nessas estações. Os valores dos resultados da vinculação dos NMMs a um referencial global, foram comparados com os valores de altitudes elipsoidais do NMM derivados dos modelos de MSS CLS22, CLS15, DTU21, DTU15 e SDUST2020. A concretização desse vínculo entre os data verticais oceânicos a um referencial geodésico global permitiu uma melhor compreensão dos níveis do mar em relação aos modelos globais, o que contribui significativamente para a mitigação de riscos costeiros. Ademais, essa vinculação de dados fornece informações essenciais para a modernização de portos, suporte para levantamentos geodésicos e maregráficos que contribuem para o desenvolvimento econômico do país.

Abstract: Geodesy is a science dedicated to measuring and modeling the Earth, as well as its variations over time, playing a crucial role in solving the challenges faced by society. This includes detecting and understanding changes, managing natural risks, and conserving biodiversity and ecosystems. Specifically, in coastal areas, challenges arise related to the different vertical datums in coastal environments, which hinder the unification and integration of terrestrial and oceanic reference systems. In Brazil, as in other countries, the lack of organization of geodetic data and the scarcity of investments for coastal management make it even more difficult to integrate these reference systems. In this context, the present study aimed to investigate the challenges and perspectives for linking oceanic reference levels to a global geodetic reference system in coastal areas in Brazil. The results include the creation of geodetic and tide gauge data inventories, the analysis of the connection between geodetic and tide gauge stations, as well as the study of the adequacy of global mean sea surface models in relation to the reference levels of tide gauge. Additionally, it was possible to provide a connection of these levels to a geocentric reference system. Regarding the adequacy of mean sea surface models, the analysis showed a certain complexity in the behavior of the models on the Brazilian coast. The northern region of the country does not even have available data for some of the models analyzed and often showed greater differences than other regions. The RMSE of the comparison between local observations and models, considering the northern region, varied from 0.163 m (SDUST2020) to 0.617 m (CLS22), and without the northern region, the variation was from 0.131 m (DTU18) to 0.204 m (CLS15). In terms of the amplitude of the differences, DTU18 presented the best results for three tide gauge stations (Macaé, Salvador, Fortaleza), and the models CLS22, DTU15, SDUST2020, and DTU21 presented the best results for one tide gauge each (Imbituba, Arraial do Cabo, Belém, and Santana, respectively). Regarding the connection, in two of the five tide gauge (60246 and 60225), it was possible to calculate two solutions since two geodetic stations are linked to them. Thus, an approximate difference of 0.08 m was observed for tide gauge 60246 between the two solutions, and for tide gauge 60225, this approximate difference is 0.24 cm. The discrepancy indicates the need to carry out new surveys and data processing at these stations. The values of the results of linking the mean sea level (MSL) to a global reference were compared with the ellipsoidal height values of the MSL derived from the MSS models CLS22, CLS15, DTU21, DTU15, and SDUST2020. The establishment of this link between oceanic vertical datums and a global geodetic reference system allowed a better understanding of sea levels concerning global models, which significantly contributes to mitigating coastal risks. Moreover, this data linkage provides essential information for port modernization and supports geodetic and tide gauge surveys that contribute to the country's economic development.